三維打印機(jī)及其操作方法
【專利摘要】提供一種三維打印機(jī)及其操作方法。所述三維打印機(jī)包括至少一個打印頭以及可將從所述打印頭注射的化學(xué)墨水分層堆放于其中的臺。所述三維打印機(jī)包括打印頭，所述打印頭包括注射所述化學(xué)墨水的頭片，其中，所述頭片可包括：墨水腔，容納所述化學(xué)墨水；加熱器，通過向所述墨水腔的所述化學(xué)墨水施加熱而在所述墨水腔中產(chǎn)生氣泡；噴嘴，根據(jù)通過產(chǎn)生的氣泡而增加的所述墨水腔的內(nèi)部壓力來注射所述化學(xué)墨水。
【專利說明】
三維打印機(jī)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本公開的實(shí)施例涉及一種制造三維物體的三維打印機(jī)及其三維打印方法。
[0002]本申請涉及并要求于2013年12月30日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2013-0166578號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述韓國專利申請的公開內(nèi)容通過引用被包含于此。
【背景技術(shù)】
[0003]通常，三維(3D)打印機(jī)是一種制造三維物體的設(shè)備，并且包括注射化學(xué)墨水的打印頭以及從打印頭注射的化學(xué)墨水被分層堆放于其中的臺等。
[0004]在3D打印機(jī)中，設(shè)置在打印頭中的頭片可包括:墨水腔，容納化學(xué)墨水;壓電元件，根據(jù)施加電流而變形以增加墨水腔的內(nèi)部壓力；噴嘴，根據(jù)通過壓電元件而使墨水腔的內(nèi)部壓力的增加來注射被儲存在墨水腔中的化學(xué)墨水。
[0005]可向墨水腔施加足夠的壓力，使得可通過噴嘴來注射被儲存在墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水。為了能夠提供足夠的壓力的供應(yīng)，壓電元件必須具有大的尺寸，因此在使3D打印機(jī)小型化方面存在困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]本公開的一方面提供一種能夠通過利用氣泡噴射法制造三維物體的三維(3D)打印機(jī)。
[0008]本公開的另外的方面將在以下描述中被部分闡述，并且部分地將通過描述變得顯而易見的，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐而被了解。
[0009]解決方案
[0010]根據(jù)本公開的一方面，一種三維打印機(jī)包括至少一個打印頭以及可將從所述打印頭注射的化學(xué)墨水分層堆放于其中的臺，其中，所述至少一個打印頭可包括注射所述化學(xué)墨水的頭片，其中，所述頭片可包括:墨水腔，容納所述化學(xué)墨水;加熱器，通過向所述墨水腔的化學(xué)墨水施加熱而在所述墨水腔中產(chǎn)生氣泡;噴嘴，根據(jù)通過產(chǎn)生的氣泡而增加的所述墨水腔的內(nèi)部壓力來注射化學(xué)墨水。
[0011]所述化學(xué)墨水可包括光固化化學(xué)墨水，并且所述3D打印機(jī)可包括將光照射到堆疊在所述臺上的化學(xué)墨水的光源。
[0012]所述化學(xué)墨水可包括紫外固化化學(xué)墨水，紫外固化化學(xué)墨水通過紫外線硬化，并且所述光源可包括紫外發(fā)光二極管燈。
[0013]所述至少一個打印頭可被安裝為在第一方向上水平地移動，并且所述臺可被安裝為在與所述第一方向垂直的第二方向上水平地移動。
[0014]所述至少一個打印頭和所述臺中的任何一者可被安裝為向上和向下地可移動。
[0015]所述至少一個打印頭可包括注射黑色化學(xué)墨水的第一打印頭、注射品紅色化學(xué)墨水的第二打印頭、注射青色化學(xué)墨水的第三打印頭以及注射黃色化學(xué)墨水的第四打印頭中的至少一個打印頭。
[0016]所述3D打印機(jī)可包括:第一墨水盒，將黑色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第一打印頭;第二墨水盒，將品紅色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第二打印頭;第三墨水盒，將青色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第三打印頭;第四墨水盒，將黃色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第四打印頭。
[0017]根據(jù)本公開的一方面，一種三維打印機(jī)的操作方法，所述三維打印機(jī)設(shè)置有打印頭和臺，所述打印頭包括頭片，從所述頭片注射的化學(xué)墨水被堆疊于所述臺中，所述操作方法包括:將化學(xué)墨水供應(yīng)到設(shè)置在所述頭片中的墨水腔；用加熱器加熱在所述墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水；以及通過設(shè)置在所述頭片上的噴嘴利用由加熱器施加的熱產(chǎn)生的氣泡將所述化學(xué)墨水注射到所述臺。
[0018]將化學(xué)墨水供應(yīng)到墨水腔可通過墨水腔的內(nèi)部的負(fù)壓力從所述墨水盒供應(yīng)所述化學(xué)墨水。
[0019]在可將在墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水注射到噴嘴之后，可產(chǎn)生所述負(fù)壓力。
[0020]所述方法還可包括通過將光照射在化學(xué)墨水上而使堆疊在所述臺上的化學(xué)墨水硬化。
[0021]所述光可為紫外線，并且所述化學(xué)墨水可包括紫外固化化學(xué)墨水。
[0022]發(fā)明的有益效果
[0023]如從上面的描述顯而易見的，根據(jù)示例性3D打印機(jī)，可通過加熱器加熱墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水，使得可在墨水腔內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。通過氣泡而增加的墨水腔的內(nèi)部壓力可使墨水腔的化學(xué)墨水通過噴嘴被注射。因此，可通過氣泡噴射法制造三維物體。
【附圖說明】
[0024]通過下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述，本公開的這些和/或其他方面將變得清楚且更容易領(lǐng)會，附圖中:
[0025]圖1是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的三維打印機(jī)(3D打印機(jī))的透視圖；
[0026]圖2是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的打印頭在3D打印機(jī)的第一方向上移動的透視圖；
[0027]圖3是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的臺在3D打印機(jī)的第二方向上移動的示圖；
[0028]圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的臺在3D打印機(jī)的向上和向下方向上移動的示圖；
[0029]圖5是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的3D打印機(jī)的頭片的截面圖；以及
[0030]圖6至圖8是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的從3D打印機(jī)的頭片注射化學(xué)墨水的過程的頭片的截面圖。
[0031]本發(fā)明的最佳實(shí)施方式
[0032]現(xiàn)在將詳細(xì)地描述本公開的實(shí)施例，在附圖中示出實(shí)施例的示例，其中，相同的附圖標(biāo)記始終指示相同的元件。
[0033]如圖1中所示，根據(jù)本公開的實(shí)施例的三維打印機(jī)(3D打印機(jī))可包括:主體I;多個打印頭2K、2M、2C、2Y，例如，設(shè)置在主體I的上部上以例如向下注射化學(xué)墨水；臺4，從多個打印頭2K、2M、2C、2Y注射的化學(xué)墨水被分層堆放于其中；光源，通過施加光而使分層堆放在臺4上的化學(xué)墨水硬化；以及多個墨水盒5K、5M、5C、5Y，將化學(xué)墨水供應(yīng)到打印頭2K、2M、2C、
2Υ0
[0034]用于3D打印機(jī)的化學(xué)墨水可包括形成三維物體的低聚物和單體、通過光使聚合開始的光引發(fā)劑、表現(xiàn)顏色的顏料、防止從化學(xué)墨水產(chǎn)生的異物附著到加熱器21b的抗焦化劑以及防止一種化學(xué)墨水與另一化學(xué)墨水混合的抗?jié)B色劑。
[0035]根據(jù)本公開的實(shí)施例，化學(xué)墨水可包括具有較低沸點(diǎn)的材料，使得化學(xué)墨水可在較低溫度下產(chǎn)生氣泡。具有較低沸點(diǎn)的材料可包括諸如甲醇和乙醇的酒精。
[0036]主體I可包括:傳輸模塊la，打印頭2K、2M、2C、2Y和光源3可安裝在其中；導(dǎo)路lb，通過在第一方向上延伸而在第一方向上引導(dǎo)傳輸模塊Ia;以及支撐架Ic，支撐導(dǎo)路Ib的兩端。例如，可在主體I的一側(cè)上設(shè)置其中單獨(dú)地安裝有多個墨水盒5K、5M、5C、5Y的墨水儲存單元Id0
[0037]如圖2中所示，打印頭2K、2M、2C、2Y可通過傳輸模塊Ia和導(dǎo)路Ib而被安裝為在主體I上沿第一方向20可水平地移動。
[0038]打印頭2K、2M、2C、2Y可包括注射黑色化學(xué)墨水的第一打印頭2K、注射品紅色化學(xué)墨水的第二打印頭2M、注射青色化學(xué)墨水的第三打印頭2C以及注射黃色化學(xué)墨水的第四打印頭2Y。
[0039]打印頭2K、2M、2C、2Y中的每個可包括安裝在打印頭的下表面上以朝向設(shè)置在下側(cè)的臺4注射化學(xué)墨水的頭片21。
[0040]如圖5中所示，頭片21可包括:墨水腔21a，能夠容納化學(xué)墨水;加熱器21b，通過加熱儲存在墨水腔21a中的化學(xué)墨水而產(chǎn)生氣泡；以及噴嘴21c，通過根據(jù)在墨水腔21a內(nèi)部產(chǎn)生氣泡而增加的墨水腔2Ia的內(nèi)部壓力來注射化學(xué)墨水(例如，向下)。
[0041]如圖3中所示，臺4可形成為可水平設(shè)置的平板狀。臺4可在與第一方向垂直的第二方向30上為可移動的，并且如圖4中所示，可在向上和向下的方向40上為可移動的。
[0042]例如，可通過打印頭2K、2M、2C、2Y(在第一方向上可移動)的移動和臺4(在第二方向上以及在向上和向下的方向上可移動)的移動的組合而在臺4上制造具有一定長度、寬度和高度的三維物體。
[0043]頭片21可包括:墨水腔2Ia，提供化學(xué)墨水;加熱器21b，通過加熱儲存在墨水腔2 Ia中的化學(xué)墨水而產(chǎn)生氣泡；以及噴嘴21c，通過根據(jù)在墨水腔21a內(nèi)部產(chǎn)生氣泡來增加的墨水腔21a的內(nèi)部壓力而向下注射化學(xué)墨水。
[0044]光源3可與打印頭2K、2M、2C、2Y—起安裝在傳輸模塊Ia中，并且可在與打印頭2K、2M、2C、2Y—起在第一方向上移動的同時將光照射到從打印頭2K、2M、2C、2Y排放的化學(xué)墨水。
[0045]光源3可包括產(chǎn)生紫外線并且將紫外線照射在臺4上的紫外燈，并且化學(xué)墨水可包括通過紫外線來硬化的紫外固化化學(xué)墨水。
[0046]根據(jù)本公開的實(shí)施例，光源3可包括紫外發(fā)光二極管燈。利用紫外發(fā)光二極管燈，因?yàn)檩^少加熱，所以電力消耗小，并且紫外發(fā)光二極管燈的尺寸小，使得紫外發(fā)光二極管燈可例如與打印頭2K、2M、2C、2Y—起安裝到傳輸模塊la。
[0047]多個墨水盒5K、5M、5C、5Y可包括儲存被供應(yīng)到第一打印頭2K的黑色化學(xué)墨水的第一墨水盒5K、儲存被供應(yīng)到第二打印頭2M的品紅色化學(xué)墨水的第二墨水盒5M、儲存被供應(yīng)到第三打印頭2C的青色化學(xué)墨水的第三墨水盒5C以及儲存被供應(yīng)到第四打印頭2Y的黃色化學(xué)墨水的第四墨水盒5Υ。
[0048]墨水盒5K、5M、5C、5Y可以可拆卸地安裝在被設(shè)置在主體I的一側(cè)上的墨水儲存單元Id中，并且可通過連接管(未示出)將化學(xué)墨水供應(yīng)到打印頭2K、2M、2C、2Y。
[0049]當(dāng)墨水盒5K、5M、5C、5Y被可拆卸地設(shè)置在主體I上時，可增加墨水盒5K、5M、5C、5Y的尺寸使得可儲存大量的化學(xué)墨水，并且還可在化學(xué)墨水用盡之后能夠容易地更換墨水盒5K、5M、5C、5Y0
[0050]參照附圖描述3D打印機(jī)的示例性操作方法。
[0051]如圖5中所示，當(dāng)在化學(xué)墨水被供應(yīng)到墨水腔21a的狀態(tài)下向加熱器21b供應(yīng)電力時，可通過由加熱器21b產(chǎn)生的熱來加熱墨水腔21a的化學(xué)墨水，因此，一定量的化學(xué)墨水被蒸發(fā)，從而在墨水腔21a內(nèi)部產(chǎn)生氣泡(例如，如圖6中所示)。
[0052]在從液態(tài)到氣態(tài)的相變的過程期間，一定量的化學(xué)墨水的體積變化可為大的，使得墨水腔21a的內(nèi)部壓力可大大地增加。
[0053]隨著氣泡尺寸的增加，可增加墨水腔21a的內(nèi)部壓力，因此墨水腔21a的化學(xué)墨水可通過噴嘴21c注射到在下側(cè)的臺4(例如，如圖7中所示)。
[0054]當(dāng)在注射化學(xué)墨水的同時氣泡到達(dá)噴嘴21c時，填充在氣泡中的氣體可通過噴嘴21c而被排放到外面(例如，如圖8中所示)。因此，墨水腔21a的內(nèi)部壓力可根據(jù)化學(xué)墨水的注射以及氣體的排放而迅速地減小，從而可在墨水腔21a內(nèi)部出現(xiàn)負(fù)壓力并且墨水盒5K、5M、5C、5Y的化學(xué)墨水可被供應(yīng)到墨水腔21a并填充墨水腔21a。
[0055]在打印頭2K、2M、2C、2Y中，可通過所述過程注射化學(xué)墨水中的每種，并且可根據(jù)期望的顏色選擇性地操作打印頭2K、2M、2C、2Y并注射化學(xué)墨水。
[0056]可將根據(jù)使傳輸模塊Ia在第一方向上移動而從光源3產(chǎn)生的光照射到被注射在臺4上的化學(xué)墨水，以可使光固化化學(xué)墨水硬化。
[0057]在第一方向上移動傳輸模塊Ia(例如，如圖2中所示)的同時可反復(fù)地發(fā)生化學(xué)墨水的注射和硬化，從而可在第一方向上形成線。
[0058]在臺4可在第二方向上移動預(yù)定的距離(例如，如圖3中所示)的同時，線的形成可被重復(fù)，從而可通過線而形成面。
[0059]在完成面的形成之后，在臺4可在第二方向上移動預(yù)定的距離(例如，如圖3所示)的同時，面的形成可被重復(fù)，從而可完成制造期望的三維物體。
[0060]根據(jù)本公開的實(shí)施例，3D打印機(jī)可采用通過產(chǎn)生氣泡而增加墨水腔21a的內(nèi)部壓力從而可使化學(xué)墨水被注射的氣泡噴射法。氣泡噴射法所使用的頭片可通過蝕刻技術(shù)制造而被小型化，使得3D打印機(jī)的尺寸可通過使用該頭片而大大地減小。
[0061]根據(jù)本公開的實(shí)施例，3D打印機(jī)可包括注射黑色化學(xué)墨水的第一打印頭2K、注射品紅色化學(xué)墨水的第二打印頭2M、注射青色化學(xué)墨水的第三打印頭2C以及注射黃色化學(xué)墨水的第四打印頭2Y，但是不局限于此。根據(jù)物體的顏色，3D打印機(jī)可選擇性地包括打印頭2K、2M、2C、2Y中的至少一個。
[0062]根據(jù)本公開的實(shí)施例，臺4可在向上和向下的方向上為可移動的，但是不局限于此。例如，不是臺4，而是打印頭2K、2M、2C、2Y可在向上和向下的方向上為可移動的。
[0063]盡管已經(jīng)示出并描述了本公開的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，在不脫離權(quán)利要求及其等同物中限定其范圍的本公開的原理和精神的情況下，可以對這些實(shí)施例做出改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維打印機(jī)，包括: 至少一個打印頭；以及 臺，從所述打印頭注射的化學(xué)墨水被堆疊于所述臺中，其中，所述至少一個打印頭包括注射所述化學(xué)墨水的頭片， 其中，所述頭片包括:墨水腔，容納所述化學(xué)墨水;加熱器，通過向在所述墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水施加熱而在所述墨水腔中產(chǎn)生氣泡;噴嘴，根據(jù)通過產(chǎn)生的氣泡而增加的墨水腔的內(nèi)部壓力來注射化學(xué)墨水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維打印機(jī)，其中， 所述化學(xué)墨水包括光固化化學(xué)墨水，并且所述三維打印機(jī)還包括將光照射到堆疊在所述臺上的化學(xué)墨水的光源。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維打印機(jī)，其中， 所述化學(xué)墨水包括紫外固化化學(xué)墨水，紫外固化化學(xué)墨水通過紫外線硬化，并且所述光源包括紫外發(fā)光二極管燈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維打印機(jī)，其中， 所述至少一個打印頭被安裝為在第一方向上水平地可移動，并且所述臺被安裝為在與所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移動。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維打印機(jī)，其中， 所述至少一個打印頭和所述臺之中的任何一者被安裝為向上和向下地可移動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維打印機(jī)，其中， 所述至少一個打印頭包括注射黑色化學(xué)墨水的第一打印頭、注射品紅色化學(xué)墨水的第二打印頭、注射青色化學(xué)墨水的第三打印頭以及注射黃色化學(xué)墨水的第四打印頭中的至少一個打印頭。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維打印機(jī)，其中， 所述3D打印機(jī)還包括:第一墨水盒，將黑色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第一打印頭;第二墨水盒，將品紅色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第二打印頭;第三墨水盒，將青色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第三打印頭;第四墨水盒，將黃色化學(xué)墨水供應(yīng)到所述第四打印頭。8.—種三維打印機(jī)的操作方法，所述三維打印機(jī)設(shè)置有打印頭和臺，所述打印頭包括頭片，從所述頭片注射的化學(xué)墨水被堆疊于所述臺中，所述操作方法包括: 將化學(xué)墨水供應(yīng)到設(shè)置在所述頭片中的墨水腔； 用加熱器加熱在所述墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水；以及 通過設(shè)置在所述頭片上的噴嘴利用由加熱器施加的熱產(chǎn)生的氣泡將化學(xué)墨水注射到所述臺。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操作方法，其中， 將化學(xué)墨水供應(yīng)到墨水腔是通過墨水腔的內(nèi)部的負(fù)壓力從所述墨水盒供應(yīng)所述化學(xué)墨水。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的操作方法，其中， 在可將墨水腔的化學(xué)墨水注射到噴嘴之后，產(chǎn)生所述負(fù)壓力。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操作方法，其中， 所述操作方法包括通過將光照射在化學(xué)墨水上而使堆疊在所述臺上的化學(xué)墨水硬化。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的操作方法，其中， 所述光是紫外線，并且所述化學(xué)墨水包括紫外固化化學(xué)墨水。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操作方法，其中， 所述打印頭在第一方向上水平地可移動。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的操作方法，其中， 所述臺在與所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移動。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作方法，其中， 所述打印頭和所述臺中的至少一個向上和向下地可移動。16.—種設(shè)置有打印頭的三維打印機(jī)的操作方法包括: 將化學(xué)墨水供應(yīng)到設(shè)置在打印機(jī)的打印頭中的墨水腔； 用加熱器加熱在墨水腔內(nèi)部的化學(xué)墨水；以及 通過設(shè)置在所述打印頭上的噴嘴利用由所述加熱器施加的熱而產(chǎn)生的氣泡注射化學(xué)墨水。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的操作方法，所述操作方法還包括: 通過將光照射在化學(xué)墨水上而使化學(xué)墨水硬化。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的操作方法，其中， 所述化學(xué)墨水被注射在臺上， 所述光照射在被注射在所述臺上的化學(xué)墨水上。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的操作方法，其中， 所述打印頭在第一方向上水平地可移動， 所述臺在與所述第一方向垂直的第二方向上水平地可移動，以及 所述打印頭和所述臺中的至少一個向上和向下地可移動。20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的操作方法，其中， 所述光是紫外線，并且所述化學(xué)墨水包括紫外固化化學(xué)墨水。
【文檔編號】B29C67/00GK105873743SQ201480071791
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月29日
【發(fā)明人】白五賢, 鞠健, 鄭然璟, 韓銀奉
【申請人】三星電子株式會社